Пожарные автомобили модульной компановки

align="justify">В принципе, в части безопасности нет никакого особенного подхода к ПА, для оценки которых применяются в основном те же нормы и методы испытаний, что  и для оценки обычных транспортных средств. Большинство ПА являются результатом  развития базовых шасси и отличаются от них наличием дополнительного  оборудования - пожарной надстройки.

Однако  связанное с этим изменение массы  в той или иной степени влияет на показатели безопасности: меняются распределение массы по осям, высота центра тяжести, моменты инерции, что  сказывается на показателях устойчивости, управляемости, тормозных свойствах  и плавности хода машины.

     Эти негативные изменения можно компенсировать выбором рациональных характеристик  упругих и демпфирующих элементов  систем подрессоривания, введением дополнительных элементов в тормозную систему, оптимальным распределением подрессоренных масс.

     Однако  в современных условиях проводить  трудоемкие «доводочные» мероприятия  на готовом изделии невозможно (во всяком случае, за воды-изготовители ПА таких испытаний не проводят), а специально изготавливать опытный образец в условиях мелкосерийного и единичного производства нецелесообразно.

     Наиболее  эффективным способом, который позволит определить рациональные характеристики безопасности ПА и обеспечить их конструктивно, является использование системы  комплексного адаптирования компоновки, подвески, тормозов к условиям безаварийного  движения.

     Основу  системы должны составить методики и компьютерные программы для  теоретического определения геометрических и инерционных характеристик  пожарного автомобиля при известных  стратегиях построения компоновочной схемы, параметрах модулей (масса, геометрические параметры, расположение центра тяжести, моменты инерции), прогнозирования показателей плавности хода и поперечной устойчивости с использованием имитационного математического моделирования динамики ПА.

     Теоретические подходы к решению этой задачи рассмотрены в работе, однако требуется их практическая реализация применительно к современным условиям.

     Возникает вопрос: почему проблема безопасности столь актуальна для модульных  ПА? Ответ прост: многовариантность  компоновки создает сложности с  обеспечением оптимальных значений компоновочных параметров ПА, а именно:

увеличиваются моменты инерции относительно продольной и вертикальной осей автомобиля;

нарушается  осевая развесовка (увеличение или уменьшение нагрузки на переднюю ось относительно нормативных значений).

     Проявление  этих факторов приводит к снижению показателей устойчивости и управляемости, ухудшению тормозной динамики, появлению  «галопирования», что может вызвать необходимость доработки конструкций пожарных автомобилей.

Исследования, проведенные в разные годы во ВНИИПО, позволяют определить объем таких доработок, в числе которых:

установка стабилизаторов поперечной устойчивости;

увеличение  жесткости подвесок;

применение  антиблокировочной системы тормозов (АБС);

снижение  высоты центра тяжести пожарной надстройки компоновочными мерами;

применение  волноломов в цистернах вместимостью более 1500 л согласно требованиям  НПБ 163-97;

снижение  моментов инерции базовых модулей  за счет изменения схемы размещения пожарно-технического вооружения (ПТВ);

оптимизация распределения подрессоренных масс относительно всех осей автомобиля согласно рекомендациям, изложенным в работе (коэффициент распределения подрессоренных масс должен находиться в границах ε = 0,8... 1,2).

     Важно, чтобы эти рекомендации были учтены изготовителями пожарных автомобилей. Положительный пример есть: АМО ЗИЛ (ПА на шасси этого предприятия  составляют около 50 % всего объема реализации ПА в России) по желанию потребителя (в качестве опциона) устанавливает на спецшасси для ПА стабилизаторы поперечной устойчивости, усиленные рессоры, АБС, специальный надрамник для крепления надстройки.

     В связи с внедрением модульной  технологии большие проблемы возникают  у изготовителей пожарных автомобилей. На рис. 1 видно, сколь радикально изменилась компоновочная схема модульных  ПА по сравнению с классической компоновкой. Главные из этих изменений:

поперечное  размещение цистерны, которое создает  проблему с обеспечением активной безопасности;

применение  предназначенной для личного  состава модульной кабины (рис. 1, б и в) среднего, а на некоторых  моделях и заднего расположения, в результате чего возникает проблема обеспечения пассивной безопасности.

Создание  базы типовых модулей, казалось бы, упрощает разработку оптимальной компоновки ПА, а фактически может препятствовать полной реализации потенциальных свойств  базового шасси.

Обратимся к рис. 1. Вариант компоновки с классической салонной кабиной (см. рис. 1, а) позволяет полностью использовать грузоподъемность шасси при применении модуля цистерны вместимостью 5,0 м3 и обеспечении требуемой развесовки по осям.

При использовании  модульной кабины (см. рис. 1, б) применять 5 - кубовую цистерну уже невозможно из соображений обеспечения безопасности: передняя ось оказывается разгруженной до таких пределов, которые делают невозможной эксплуатацию автоцистерны (машина становится неуправляемой).

Предложенный  заводом выход - применение 3 - кубовой  цистерны - нельзя считать оптимальным: шасси оказывается при этом недогруженным  на 2 т, что экономически нецелесообразно. Для использования модуля цистерны У=5 м3 при модульной кабине потребуется применение 3 - основного шасси другого, более высокого класса грузоподъемности (см. рис. 1, в). К преимуществам же модульной кабины можно отнести ее более высокую технологичность в производстве.

     Возникают проблемы и при поперечном размещении цистерны. Автоцистерна по сравнению  с другими ПА имеет две особенности: наличие постоянно возимого жидкого  груза (при этом возможны варианты движения с частично заполненной цистерной) и более высокая средняя скорость как у ПА первого хода.

     При наличии жидкого груза повышенная скорость может оказаться критической  при прохождении поворотов с  радиусом 20 - 25 м. Повысить критическую  скорость прохождения поворотов  можно за счет изменения конструкции  подвески - увеличения жесткости рессор (особенно задней оси) или применения стабилизаторов поперечной устойчивости. Об этом говорилось выше.

     Однако  одним из основных резервов повышения  устойчивости является исключение влияния  подвижности жидкого груза, создающего дополнительный опрокидывающий момент при движении автоцистерны не только на повороте, но и в случае заноса во время торможения. При движении автоцистерны и на повороте, и при  заносе возникает поперечная составляющая ускорения jу. Под ее действием центр массы жидкого груза смещается в поперечном и вертикальном направлениях. Причем при ширине модуля - цистерны, равной габаритной ширине ПА (поперечное размещение цистерны), это влияние проявляется особенно заметно.

     Решение уравнений опрокидывающего и  восстанавливающего моментов при опрокидывании  АЦ, учитывающих координаты положения  центра массы жидкого груза во всем диапазоне изменения jу показало, что на устойчивость ПА решающее влияние оказывает поперечное смещение центра массы.

     Этот  вывод позволил разработать критерий для определения оптимальных  геометрических размеров цистерны прямоугольной  формы, который выражается соотношением

Вa/hc =2ВцНц

где Вa - колея автомобиля; hc - высота центра тяжести цистерны относительно дороги; Вц и Нц -соответственно ширина и высота цистерны.

Используя этот критерий, для любого шасси  можно определить оптимальное сочетание  высоты Нц и ширины Вц цистерны, отвечающее требованиям безопасности.

     Если  при проектировании выполнить эти  условия не удается (по техническому заданию или из компоновочных  соображений), то в цистерну необходимо установить продольный волнолом. Более  того, требованиями НПБ 163-97 определено, что при ширине цистерны более 80 % от размера колеи задних колес (наружных шин), что бывает при поперечной установке, применение продольного волнолома  является обязательным. Если при этом волнолом делит цистерну на отсеки вместимостью более 1500 л, ставятся еще  и поперечные волноломы. В результате цистерна обретает довольно сложную  внутреннюю конфигурацию.

     Предприятия ищут технические решения, упрощающие внутреннее устройство цистерн. Например, на ОАО «Пожтехника» имеется вариант цистерны из цилиндрических обечаек (в зависимости от вместимости от 1 до 8 штук и более), приваренных своими верхними и нижними частями к крышке и днищу. Наружное пространство между цилиндрическими поверхностями закрыто прямоугольными штампованными листами. Сами обечайки выполняют функции волноломов.

     Особо следует остановиться на пассивной  безопасности модульных кабин.

     При столкновении и опрокидывании ПА элементы его конструкции подвергаются кратковременным, но очень существенным нагрузкам, достигающим в месте  удара 350 g. Основное требование обеспечения безопасности боевого расчета состоит в том, чтобы жесткость внешних элементов конструкции автомобиля обеспечивала смягчение удара (уменьшение пиковых перегрузок), а деформация кабины водителя и боевого расчета была минимальной.

     Анализ  последствий ДТП с ПА показывает, что основными причинами травмирования  боевого расчета при столкновении и опрокидывании являются:

уменьшение  жизненного пространства салона вследствие его деформации и перемещения  элементов интерьера, в первую очередь  ПТВ;

выпадание из кабины через проемы дверей и  ветрового стекла;

локальные перегрузки вследствие удара об органы управления и элементы ПТВ, расположенного в салоне.

     Обследование  ПА, опрокинувшихся в результате ДТП, показывает, что при старой, традиционной компоновке их салоны в большинстве  случаев обеспечивают сохранение необходимого жизненного пространства. Причина тому - наличие жесткой цистерны и закрепленной на ней надстройки (пеналов с всасывающими рукавами, трехколенной лестницы и т. д.), которые нависают над салоном и воспринимают на себя значительную часть нагрузки. Кроме того, надстройка в ряде случаев препятствует «перекатыванию» ПА через крышу, что также способствует снижению деформации салона.

     Иная  ситуация с обеспечением пассивной  безопасности модульных кабин боевого  расчета, особенно в случае их заднего  расположения (рис. 2). Конструктивно  обеспечить нормальный уровень защиты боевого расчета таких автомобилей  значительно труднее, при этом появляется дополнительная опасность деформации кабины при наезде сзади.